雞大腸桿菌iss毒力基因研究進展

樊琛+程霜+劉桂芹+曾慶華+李燕+王會+孫小凡

摘要：雞大腸桿菌病是由某些大腸桿菌的致病菌株引起的一種細菌性傳染病，危害養殖業和食品安全。盡管大腸桿菌致病力是由多種毒力因子共同作用的，但近年對iss基因的研究結果表明，iss基因可能在細菌致病力檢測、蛋白免疫方面具有發展潛力。綜述了雞大腸桿菌發病機理、血清抗性、iss基因等方面的最新研究進展。

關鍵詞：雞大腸桿菌；血清抗性；iss基因

中圖分類號：S852.61+2 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0053-02

雞大腸桿菌病是由某些大腸桿菌（Escherichia coli）的致病菌株引起的一種細菌性傳染病，病型復雜，危害最大的是急性敗血型^[1-3]。某些菌株還會引起人畜禽共患傳染病，危害養殖業和食品安全。大腸桿菌的毒力是由多種毒力因子共同作用的，包括黏附素、1型菌毛、毒素、外膜蛋白、ColV質粒、補體抗性、鐵轉運系統、宿主細胞表面改變因子等^[4-9]。相關的毒力基因有上百個，如 iss（increased serum survival gene，血清抗性基因）、tsh（溫度敏感血球凝集素）、cvi（ColV操縱子的免疫性基因）、fimD、fimF、fimG、fimH、gntP、uxaA等[7，10-12]。

1 雞大腸桿菌毒力因素及發病機理

大腸桿菌的毒力由黏附素、1型菌毛、毒素、外膜蛋白、ColV質粒、補體抗性、鐵轉運系統、宿主細胞表面改變因子等多種毒力因子共同作用^[4-9]，多數研究集中于對雞大腸桿菌1型菌毛的研究。正常機體的天然屏障具有抗病原微生物侵襲的能力，致病性大腸桿菌要發揮其致病作用，必須首先突破機體的天然屏障，即首先在局部吸附并定居繁殖，進而侵入體內。1型菌毛對細菌在宿主中的起始增殖很重要，然而在細菌增殖達到一定水平后，在系統地進行感染前，1型菌毛的表達就停止了。絕大多數1型菌毛由在氣管、肺和氣囊中增殖的細菌表達，而不是由那些在組織或血液中增殖的細菌表達^[13-15]。細菌定居下來以后增殖形成集落（局部增殖），在條件適合時大腸桿菌從肺泡毛細血管進入血循環，引起菌血癥，從而在全身組織內增殖，當機體抵抗力降低時，大腸桿菌大量繁殖引起敗血癥[5，13-15]。因此，進入血流是細菌發揮其致病作用的關鍵一步，一旦病原體獲得到血流的通路，它將面對血清的抑菌作用和殺菌作用。

2 雞大腸桿菌血清抗性的研究進展

血清抗性可能受莢膜抗原、脂多糖和特定外膜蛋白調節，在多數菌株中表現出與毒力相關的關系^[16-19]。K1莢膜抗原與禽致病性大腸桿菌的毒力相關性很高，尤其是在O1、O2血清型中，表達K1莢膜抗原的禽致病性大腸桿菌菌株相對于表達其他K莢膜抗原的禽致病性大腸桿菌菌株，對血清殺菌作用的抵抗性更強^[16]。據報道，血清抗性也與脂多糖相關，平滑脂多糖層比粗糙型脂多糖抗性強。但有突變試驗表明，突變后補體敏感的無毒型和野生補體抗性的有毒型大腸桿菌均具有平滑脂多糖層，不同之處是外膜蛋白。無毒突變株有 16.2 ku 的外膜蛋白，野生型沒有，此蛋白可能是編碼區被轉座子插入的產物。顯示編碼某種外膜蛋白的基因被截斷后，對補體抗性和毒力有影響^[17-18]。外膜蛋白是革蘭氏陰性菌細胞壁中所特有的結構，大腸桿菌中由質粒編碼的外膜蛋白在其致病過程中起重要作用。基因研究鑒定了TraT和Iss等2個補體抗性決定簇。TraT是由R100、R6-5和ColV質粒編碼的，分子量為23 709 u，位于外膜外側。它可增強細菌對血清的抗性，但其作用機制還不清楚。據報道，TraT蛋白可增強細菌對補體裂解活性的抗性，從而使細菌的侵襲力加強。Iss是由存在于ColV質粒上的iss基因編碼的，Iss蛋白屬于外膜蛋白的一部分，與細菌抗補體作用有關，可增強大腸桿菌血清抗性^[19-22]。另外，1型菌毛對血清的殺菌作用也具有抗性^[12]。

3 iss基因的研究進展

iss基因存在于ColV質粒上，大小為309 bp，在人源、禽源大腸桿菌中皆有發現。iss基因編碼的蛋白Iss屬于外膜蛋白的一部分，與細菌抗補體作用有關，可增強大腸桿菌血清抗性。國內外普遍認為，iss基因與雞大腸桿菌毒力有一定關系^[20-24]。但此相關性受何因素控制，國內外還無相關闡述。

在1979年，Binns等從人源大腸桿菌ColV、I-K94質粒獲得的iss基因的表達能力能顯著增強含此基因的大腸桿菌對1日齡雛雞的毒力，還能增強轉化菌的血清抗性^[8]。Chuba將人源大腸桿菌ColV2-K94質粒上iss基因的1.4 kb片斷克隆入大腸桿菌K12細胞，重組細胞顯示出血清抗性。經Southern-blot檢測，人源大腸桿菌iss基因與λ噬菌體DNA及插入因子IS2有同源性^[8]。美國研究人員從患大腸桿菌病的雞體內分離出1株野生型禽致病性大腸桿菌（O2型），并以此為來源擴增出iss基因，比較禽大腸桿菌iss基因與人源大腸桿菌iss基因的同源性，發現兩者同源性達96.8%^[12]。

研究者近來普遍認為iss基因是定位在ColV質粒上的。在研究毒力因子與人源大腸桿菌ColV質粒相關性的試驗中，分離自血液中的菌株有95.5%攜帶iss基因，分離自腸道中的菌株有68.8%攜帶iss基因。其后關于禽源大腸桿菌毒力因子的試驗結果也表明，iss基因與ColV同時出現的概率很高，但并不是100%^[16-18]。由此推測，iss基因很可能與ColV質粒連在一起，但并不能肯定總是在ColV質粒上。

據推測，Iss蛋白是通過調節細胞表面上對補體膜攻擊復合體敏感的位點，導致表面排斥，使菌株具有抗血清補體溶菌作用的能力^[19]。Ellis對25個火雞大腸桿菌菌株進行了iss基因的擴增試驗及菌株對血清反應特性的試驗。其中，18株菌株屬于血清抗性-有毒力和血清敏感-無毒力的范疇，5株菌株為血清抗性但無毒力，2株菌株為血清敏感但有毒力^[10]。McDonough等發現，iss基因在致病性大腸桿菌中存在的可能性高于非致病性大腸桿菌，并且iss基因在大腸桿菌各種不同的血清型、各種禽類的大腸桿菌及其宿主不同部位的大腸桿菌中均有分布^[11]。有研究反映，iss基因擴增為陽性的菌株并不能降解血清中的C6、C7、C8、C9，iss+與iss-菌株在C6、C7、C8、C9的消耗試驗中幾乎沒有差別，這暗示Iss蛋白的作用可能是針對最終的補體復合體，而不是各組成部分。有研究者據此認為，iss基因的抗補體作用是受限制的，因為它不能降解各組成部分^[13]。Kottom認為，禽大腸桿菌的補體抗性可能與機體減弱C3在細胞表面的沉降能力有關，說明iss基因編碼的外膜蛋白能調節細胞表面上對補體膜攻擊復合體敏感的位點，導致表面排斥，減少C3在細菌表面的沉著，使菌株具有抗血清補體溶菌作用的能力，增強大腸桿菌的血清抗性^[13]。與此相反，也有研究表明，iss突變的禽致病性大腸桿菌在補體抗性方面并沒有明顯的減弱。

到目前為止，國內外多數研究采用PCR和/或探針雜交來檢測大腸桿菌是否帶有目標基因，并將雞大腸桿菌菌株分為iss+、iss-菌株[12，17]。樊琛等發現，iss基因在21株高毒力菌株及低毒力菌株中都存在；與高毒力菌株相反，絕大多數低毒力的菌株在第1次擴增時檢測不到iss基因，還須進行第2次套式PCR擴增才能檢測到。由此推測，因iss基因存在于質粒上，可能其拷貝數（基因數量）與菌株毒力相關。樊琛等還通過試驗證實1株雞致病性大腸桿菌HO2菌株的Iss融合蛋白抗血清在體外試驗中可以降低HO2菌株的血清抗性^[25]。

4 小結

綜上所述，盡管雞大腸桿菌的毒力受多因子影響，但分析iss基因及Iss蛋白與大腸桿菌毒力的關系，可為研究iss的致病特性并以iss作為毒力標志基因在雞大腸桿菌病的診斷、免疫防制中的作用等提供理論依據。

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